超声涡流复合无损检测的柔性探头的制作方法

本实用新型涉及工件无损检测技术领域，尤其涉及一种超声涡流复合无损检测的柔性探头。

背景技术：

金属结构件被广泛应用于航空航天、机械、建筑、铁路等行业关键设备中，由于其长期处于复杂机械载荷等恶劣环境下工作，很可能产生裂纹、划痕、孔洞等损伤缺陷，若不及时发现并采取一定措施，后果不堪设想。因此，为了保证关键设备的安全服役和使用寿命，对金属结构件进行准确、高效地无损检测至关重要。常用的无损检测手段有超声、涡流、磁粉、声发射、红外等方法，这些检测技术有各自的优点和局限性。

技术实现要素：

本实用新型提供一种超声涡流复合无损检测的柔性探头，以克服上述技术问题。

本实用新型超声涡流复合无损检测的柔性探头，包括：

超声柔性相控阵检测模块、涡流柔性阵列检测模块、所述超声柔性相控阵检测模块的输出端和所述涡流柔性阵列检测模块的输出端通过同轴电缆分别与超声检测接头、涡流检测接头连接；所述超声柔性相控阵检测模块和所述涡流柔性阵列检测模块之间设置屏蔽层；

所述超声柔性相控阵检测模块包括：多个压电陶瓷晶片、柔性阻尼背衬、柔性电路板、柔性匹配层以及柔性保护膜，所述多个压电陶瓷晶片印刷在所述柔性电路板上，所述柔性阻尼背衬、所述柔性电路板、所述柔性匹配层以及所述柔性保护膜从上至下依次粘接。

进一步地，所述超声柔性相控阵检测模块还包括：

形状传感器，所述形状传感器设置于柔性阻尼背衬内。

进一步地，还包括：

设置于所述超声柔性相控阵检测模块和所述涡流柔性阵列检测模块外部的柔性外壳，所述超声检测接头、所述涡流检测接头设置于所述柔性外壳的一端。

进一步地，所述涡流柔性阵列检测模块包括：

一个激励线圈、多个拾取线圈，所述激励线圈设置于每个拾取线圈的外部，穿绕于两个拾取线圈之间并对每个拾取线圈构成半包围结构。

进一步地，所述涡流柔性阵列检测模块包括：

多个涡流柔性阵列检测单元，所述多个涡流柔性阵列检测单元包括：至少一个拾取线圈、一个激励线圈，所述激励线圈包围于所述至少一个拾取线圈的外部，所述至少一个拾取线圈和一个激励线圈的几何中心重合。

进一步地，所述涡流柔性阵列检测模块包括：

多个独立激励线圈、多个独立拾取线圈，多个拾取线圈设置于每个或多个独立激励线圈周围。

进一步地，所述多个压电陶瓷晶片、所述多个激励线圈以及所述拾取线圈为线性阵列或者平面阵列。

进一步地，所述拾取线圈和所述激励线圈缠绕形状为圆形、矩形或者多边形。

本实用新型超声涡流复合无损检测的柔性探头集涡流阵列检测和超声阵列检测的优点于一身，能够对待测工件多层面、多角度、快速扫描，进而有效检测金属工件表面、近表面及内部缺陷，从而对整个工件进行综合评估，检测结果精度高、操作方便、节省人力、物力；设计的传感器结构简单、体积小巧、富有柔性，不但能检测形状规则的板，包括：薄板、厚板、管、棒等工件，而且能检测复杂曲面工件，适用范围广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型超声涡流复合无损检测的柔性探头结构示意图；

图2a为本实用新型涡流柔性阵列检测模块实施例一结构示意图；

图2b为本实用新型涡流柔性阵列检测模块实施例一结构示意图；

图2c为本实用新型涡流柔性阵列检测模块实施例一结构示意图；

图3为本实用新型涡流柔性阵列检测模块另一实施例结构示意图；

图4为本实用新型涡流柔性阵列检测模块另一实施例结构示意图；

图5为本实用新型涡流柔性阵列检测模块另一实施例结构示意图；

图6为本实用新型超声柔性相控阵检测模块结构示意图；

图7为本实用新型超声柔性面阵检测模块结构示意图；

图8为本实用新型超声涡流复合无损检测的柔性探头检测曲面工件示意图；

附图标号说明：1、激励线圈，2、拾取线圈，3、涡流柔性阵列检测模块，4、屏蔽层，5、压电陶瓷晶片，6、超声柔性相控阵检测模块，7、柔性外壳，8、同轴电缆线，9、超声检测接头，10、涡流检测接头，11、柔性保护膜，12、柔性匹配层，13、柔性电路板，14、形状传感器，15、柔性阻尼背衬。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型超声涡流复合无损检测的柔性探头结构示意图，如图1所示，本实施例的柔性探头可以包括：

超声柔性相控阵检测模块、涡流柔性阵列检测模块、所述超声柔性相控阵检测模块的输出端和所述涡流柔性阵列检测模块的输出端通过同轴电缆分别与超声检测接头、涡流检测接头连接；所述超声柔性相控阵检测模块和所述涡流柔性阵列检测模块之间设置屏蔽层；

所述超声柔性相控阵检测模块包括：多个压电陶瓷晶片、柔性阻尼背衬、柔性电路板、柔性匹配层以及柔性保护膜，所述多个压电陶瓷晶片印刷在所述柔性电路板上，所述柔性阻尼背衬、所述柔性电路板、所述柔性匹配层以及所述柔性保护膜从上至下依次粘接。

具体而言，采用丝网印刷技术分别将激励线圈、拾取线圈印刷到柔性电路板上，然后将柔性保护膜粘贴在柔性电路板外表面。激励线圈和拾取线圈可布置在柔性电路板不同层面，也可以布置在同一层面。所述柔性匹配层粘接在柔性电路板正面，作为压电陶瓷晶片与被测工件超声波传输的过渡层，主要作用是改善声波入射/接收性能，提高超声柔性相控阵检测模块换能效率。

进一步地，还包括：

设置于所述超声柔性相控阵检测模块和所述涡流柔性阵列检测模块外部的柔性外壳，所述超声检测接头、所述涡流检测接头设置于所述柔性外壳的一端。

具体而言，将超声柔性相控阵检测模块、涡流柔性阵列检测模块粘接在柔性外壳上，并在两个模块之间设置屏蔽层，然后与同轴电缆线、超声检测接头、涡流检测接头进行装配。超声柔性相控阵检测模块通过超声检测接头与外界通讯，涡流柔性阵列检测模块通过涡流检测接头与外界通讯。

进一步地，如图3、图4、图5和图7所示，所述多个压电陶瓷晶片、所述多个激励线圈以及所述拾取线圈为线性阵列或者平面阵列。

具体而言，压电陶瓷晶片、激励线圈以及拾取线圈的线性阵列或者平面阵列之间可以为上下交错排列，也可以为上下对齐排列。两个压电陶瓷晶片、两个激励线圈或者两个拾取线圈之间可以为等间距排列，也可以为不等间距排列。

进一步地，如图6所示，所述超声柔性相控阵检测模块还包括：

形状传感器，所述形状传感器设置于柔性阻尼背衬内。

具体而言，本实施例的形状传感器是获取被测工件表面形状信息，以便外接控制系统精确控制各压电陶瓷晶片激励信号的延迟时间；柔性阻尼背衬设置在柔性电路板背面，即远离被测工件的一面，作用是吸收压电陶瓷晶片产生的背面超声波能量，避免信号干扰。本实施例的压电陶瓷晶片材料为铌镁酸铅-钛酸铅、铌锌酸铅-钛酸铅或者铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅三元弛豫铁单晶。

进一步地，所述涡流柔性阵列检测模块包括：

多个拾取线圈、一个激励线圈，所述激励线圈设置于每个拾取线圈的外部，穿绕于两个拾取线圈之间并对每个拾取线圈构成半包围结构。

具体而言，所述涡流柔性阵列检测模块包括激励线圈、拾取线圈、柔性电路板、柔性保护膜。利用丝网印刷技术分别将激励线圈、拾取线圈印刷到柔性电路板上，然后将柔性保护膜粘贴在柔性电路板外表面。

本实施例涡流柔性阵列检测模块中的多个拾取线圈和一个激励线圈之间的位置关系如图2所示，激励线圈从两个拾取线圈中穿绕，本实施例中拾取线圈为矩形，激励线圈为方波形，也可以为正/余弦曲线形状。从而对每个拾取线圈构成半包围结构。该种结构涡流柔性阵列检测模块激励线圈与拾取线圈配置简单，仅通过单个激励线圈、多个拾取线圈就能实现对工件的全覆盖检测。

进一步地，所述涡流柔性阵列检测模块包括：

多个涡流柔性阵列检测单元，所述多个涡流柔性阵列检测单元包括：至少一个拾取线圈、一个激励线圈，所述激励线圈包围于所述至少一个拾取线圈的外部，所述至少一个拾取线圈和一个激励线圈的几何中心重合。

具体而言，本实施例涡流柔性阵列检测模块中包括多个涡流柔性阵列检测单元。如图3所示，本实施例为3个涡流柔性阵列检测单元，拾取线圈和激励线圈为圆形，半径最小的第一个拾取线圈外部设置半径较大的第二个拾取线圈，该两个拾取线圈被激励线圈包围。以此类推，至少一个拾取线圈和一个激励线圈的几何中心重合。

上述这两种结构的涡流柔性阵列检测模块，对于信号激发与拾取模式都能实现对待测工件进行全覆盖、高精度检测。

进一步地，所述涡流柔性阵列检测模块包括：

多个独立激励线圈、多个独立拾取线圈，多个独立拾取线圈设置于每个或多个独立激励线圈周围。

具体而言，如图4、图5所示，本实施例涡流柔性阵列检测模块的多个拾取线圈与多个激励线圈彼此独立，第一行的第一个拾取线圈和第二行的第二个拾取线圈和第三行的第一个拾取线圈对第二行的第一个激励线圈进行包围。第一行的第一个、第二个拾取线圈和第二行的第三个拾取线圈和第三行的第一个、第二个拾取线圈对第二行的第一个、第二个激励线圈进行包围。也即多个独立拾取线圈整体对一个或多个激励线圈构成包围或半包围结构。独立线圈可以上下交错排列、也可以上下对齐排列，相邻独立线圈可为等间距排列，也可为不等间距排列。

激励线圈与拾取线圈配置灵活，可根据实际无损检测需求更改激励线圈与拾取线圈的相对位置和数目，实现对工件的全覆盖检测。

进一步地，所述拾取线圈和所述激励线圈缠绕形状为圆形、矩形或者多边形。

如图8所示，涡流柔性阵列检测模块采集待测工件表面和近表面缺陷信息，超声柔性相控阵检测模块采集待测工件内部缺陷信息，两个检测模块同时工作，能实现对待测工件的多方位、多角度、不同深度的全覆盖、高精度检测。从而对整个工件进行有效检测。设计的传感器具有柔性，不但能检测形状规则的板(薄板、厚板)、管、棒等工件，而且能检测复杂曲面工件，适用范围广泛。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。